Zinkfingers struktur, klassificering, funktioner og betydning



den zink fingre (ZF) er strukturelle motiver, der er til stede i en stor mængde eukaryote proteiner. De tilhører gruppen af ​​metalloproteiner, da de er i stand til at binde zinkmetallionen, som de har brug for til deres drift. Det forudsiges, at der findes mere end 1500 ZF-domæner i ca. 1000 forskellige proteiner hos mennesker.

Udtrykket "zinkfinger" blev udtænkt for første gang i 1985 af Miller, McLachlan og Klug, mens man undersøgte detaljeret de små DNA-bindende domæner af TFIIIA-transkriptionsfaktoren. Xenopus laevis, beskrevet af andre forfattere nogle år før.

Proteiner med ZF-motiver er blandt de mest forekommende i genomet af eukaryote organismer og deltager i en række essentielle cellulære processer, herunder genetisk transkription, proteinoversættelse, metabolisme, foldning og samling af andre proteiner og lipider , programmeret celledød, blandt andre.

indeks

  • 1 struktur
  • 2 klassificering
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (loop eller bånd)
    • 2,4 C4 (GATA-familie)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Fingre af zink (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 funktioner
  • 4 Bioteknologisk betydning
  • 5 referencer

struktur

Strukturen af ​​ZF-motiverne er ekstremt bevaret. Normalt har disse gentagne regioner 30 til 60 aminosyrer, hvis sekundære struktur findes som to antiparallelle betablader, der danner en gaffel og en alfa-helix, der betegnes som ββα.

Denne sekundære struktur stabiliseres ved hydrofobe interaktioner og ved koordinering af et zinkatom givet af to cysteinrester og to histidinrester (Cys2hans2). Der er imidlertid ZF, som kan koordinere mere end ét zinkatom og andre, hvor Cys 'og hans resters rækkefølge varierer.

ZF'en gentages i tandem, konfigureret lineært i det samme protein. Alle har lignende strukturer, men kan differentieres kemisk fra hinanden ved variationer af centrale aminosyrerester til opfyldelse af deres funktioner.

Et fælles træk ved ZF er deres evne til at genkende DNA eller RNA molekyler af forskellig længde, hvorfor de først blev betragtet som transkriptionelle faktorer.

Generelt er genkendelsen af ​​regioner med 3 bp i DNA'et, og det opnås, når proteinet med ZF-domæne præsenterer alfa-helixen til DNA-molekylets større spor..

klassifikation

Der er forskellige ZF motiver, der adskiller sig fra hinanden på grund af deres natur og de forskellige rumlige konfigurationer opnået af koordinationsobligationerne med zinkatomet. En af klassificeringerne er følgende:

C2H2

Dette er et motiv, der ofte findes i ZF. De fleste af grundene C2H2 de er specifikke for interaktionen med DNA og RNA, men de er blevet observeret, der deltager i protein-protein-interaktioner. De har mellem 25 og 30 aminosyrerester og er inden for den største familie af regulatoriske proteiner i mammale celler.

C2H

De interagerer med RNA og nogle andre proteiner. De observeres hovedsageligt som en del af nogle proteiner fra retroviruskapsidet, der samarbejder i emballagen af ​​viralt RNA lige efter replikation.

C4 (slips eller bånd)

Proteinerne med motivet er enzymer, der er ansvarlige for DNA-replikation og transkription. Et godt eksempel på disse kan være de primære enzymer af fag T4 og T7.

C4 (GATA familie)

Denne familie af ZF omfatter transkriptionsfaktorer, der regulerer ekspressionen af ​​vigtige gener i talrige væv under celleudvikling. GATA-2 og 3-faktorerne er for eksempel involveret i hæmatopoiesis.

C6

Disse domæner er gærspecifikke, specifikt GAL4-proteinet, som aktiverer transkriptionen af ​​gener involveret i anvendelsen af ​​galactose og melibiose.

Zinkfingre (C3HC4-C3H2C3)

Disse særlige strukturer besidder 2 subtyper af ZF-domæner (C3HC4 og c3H2C3) og er til stede i talrige dyre- og planteproteiner.

De findes i proteiner som RAD5, der er involveret i reparation af DNA i eukaryote organismer. De findes også i RAG1, der er afgørende for genkonfigurationen af ​​immunglobuliner.

H2C2

Dette ZF-domæne er stærkt bevaret i integralerne af retrovirusser og retrotransposoner; ved binding til det hvide protein forårsager en konformationsændring i den.

funktioner

Proteiner med ZF-domæner tjener flere formål: de kan findes i ribosomale proteiner eller i transkriptionelle adaptere. De er også blevet detekteret som en integreret del af strukturen af ​​gær-RNA-polymerase II.

De synes at være involveret i intracellulær zinkhomeostase og i reguleringen af ​​apoptose eller programmeret celledød. Derudover er der nogle proteiner med ZF, der fungerer som chaperoner til foldning eller transport af andre proteiner.

Lipidbinding og en nøglerolle i protein-proteininteraktioner er også vigtige funktioner i ZF-domænerne i nogle proteiner.

Bioteknologisk betydning

I årenes løb har den strukturelle og funktionelle forståelse af ZF-domænerne givet anledning til store videnskabelige fremskridt, der involverer anvendelse af deres egenskaber til bioteknologiske formål.

Da nogle proteiner med ZF har en høj specificitet for bestemte DNA-domæner, er der for tiden investeret meget i design af specifikke ZF, som kan give værdifulde fremskridt inden for genterapi hos mennesker.

Interessante bioteknologiske anvendelser stammer også fra udformningen af ​​proteiner med ZF modificeret ved genteknologi. Afhængigt af den ønskede ende kan nogle af disse modificeres ved tilsætning af "zink-zink" -fingerpeptider, som er i stand til at genkende næsten enhver DNA-sekvens med stor affinitet og specificitet.

Den genomiske udgave med modificerede nucleaser er en af ​​de mest lovende applikationer på nuværende tidspunkt. Denne type udgave giver mulighed for at gennemføre undersøgelser af den genetiske funktion direkte i modellen af ​​interesse.

Geneteknologi ved hjælp af modificerede ZF nucleaser har tiltrukket forskernes opmærksomhed inden for genetisk forbedring af planter af agronomisk betydning. Disse nukleaser er blevet anvendt til at korrigere et endogent gen, som producerer herbicidresistente former i tobaksplanter.

Nukleaser med ZF er også blevet anvendt til tilsætningen af ​​gener i mammale celler. De pågældende proteiner blev anvendt til at danne et sæt isogene musceller med en række alleler defineret for et endogent gen.

Denne proces har en direkte anvendelse i mærkningen og oprettelsen af ​​nye alleliske former for at studere forholdet mellem struktur og funktion i native udtryk for udtryk og i isogene miljøer.

referencer

  1. Berg, J. M. (1990). Zinkfingerdomæner: hypoteser og nuværende viden. Årlig gennemgang af biofysik og biofysisk kemi, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Udvikling af zinkfingerdomæner til anerkendelse af 5'-ANN-3'-familien af ​​DNA-sekvenser og deres anvendelse i konstruktionen af ​​kunstige transkriptionsfaktorer. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M. & Mackay, J.P. (2007). Sticky fingre: zink-fingre som proteingenkendelsesmotiver. Trends in Biochemical Sciences, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Opdagelsen af ​​zinkfingre og deres anvendelser i genregulering og genom manipulation. Årlig gennemgang af biokemi, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krzel, A. (2017). Metalbindende egenskaber ved zinkfingre med et naturligt ændret metalbindingssted. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny indsigt i strukturel og funktionel mangfoldighed. Nuværende udtalelse i strukturel biologi, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Gentagne zinkbindende domæner i proteintransskriptionsfaktoren IIIA fra Xenopus-oocytter. Journal of Trace Elements i eksperimentel medicin, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Genoom redigering med manipuleret zink finger nucleases. Natur Anmeldelser Genetik, 11(9), 636-646.